Protokol IP verze 6 Počítačové sítě Lekce 11 Ing. Jiří Ledvina, CSc.

Počítačové sítě2 Co je to IPv6 Architektura adres Plug and Play Systém jmenných domén Přechod IPv4 na IPv6

Počítačové sítě3 Problémy IPv4 Vyčerpání IPv4 adres 4 slabiky = 4,3 miliard adres (4,294,967,296) 16 slabik = 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 Méně než je populace lidí (6,1 miliard) Vyčerpá se již okolo roku 2008 K registraci IPv4 adres se používá několik politik Lepší situace je v USA, špatná v jihovýchodní Asii (Čína) Nikdo neobdrží dost IPv4 adres

Počítačové sítě4 Nárůst směrovací informace Směrovací informace nemůže být efektivně agregována Adresy jsou přidělovány neagregovatelným způsobem V současné době 80,000 položek Nákladné pro páteřní směrovače Nestabilita, poruchy

Počítačové sítě5 Nedostatek adres Rozšíření NAT Narušení architektury Internetu Izolování uživatelů

Počítačové sítě6 Internet s NAT Jednosměrná komunikace Uzavřená komunikace Jedno místo náchylné k chybám Vývoj aplikací je potlačovaný NAT Není možné účtování ze serverů

Počítačové sítě7 Historie IPv6

Počítačové sítě8 Historie IPv6 Co se stalo s IPv5 Verze 5 v IP záhlaví byla přiřazena protokolu ST (Internet Streaming protocol) Experimentální protokol (RFC1819) Nenalezl širší využití

Počítačové sítě9 Přínos IPv6 Není pouze úprava IPv4 Rozšíření adresního prostoru - schopnost podpory obrovského množství zařízení Zavedení streamů Rozšiřitelnost Zlepšená funkčnost

Počítačové sítě10 Přínos IPv6 Rozšíření adresního prostoru 16 slabik = 3,4 x 10^38 (340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456) Minimálně subsítí pro každého (/48) Flow label Plug and play - autokonfigurace Bezpečnost mezi koncovými uzly (jako IPsec) Od počátku agregovatelné globální adresy Redikce externí směrovací informace na 8,192 položek

Počítačové sítě11 Očekávané výhody IPv6 Obousměrná komunikace mezi koncovými uzly IPv6 je svět bez NAT Podpora mobility MIPv6 Celulární telefony, automobily, domácí sítě, herní počítače,...

Počítačové sítě12 Architektura adres Adresy jsou přiřazeny rozhraním, ne uzlům Jako identifikátor uzlu může být použito jakékoliv rozhraní – jakákoliv adresa Unicast adresy (individuální) – identifikace jednoho rozhraní Multicast (skupinové) – identifikátor více rozhraní (typicky různých uzlů) Anycast (výběrové) – identifikátor množiny rozhraní (typicky různých uzlů), paket je doručen na jedno (nejbližší) rozhraní (podle směrovače) Broadcast – tento typ adres IPv6 nezná, adresa samé 0 i samé 1 je legální

Počítačové sítě13 Zápis adres Oddělení 4 znaků znakem „:“ ff02: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000:0001 3ffe:0501:0008:1234:0260:97ff:fe40:efab Počáteční nuly pro každou skupinu mohou být potlačeny ff02: 0: 0:0: 0: 0: 0:1 3ffe:501:8:1234:260:97ff:fe40:efab Posloupnost nul může být vypuštěna a nahrazena „::“ (maximálně jednou) ff02::1 Délka prefixu je umístěna za lomítko 3ffe:500/24

Počítačové sítě14 Typy unicast adres Nespecifikovaná adresa – samé 0 (::) Používá se jako zdrojová během inicializace, také jako implicitní Loopback adresa – (::1) Obdoba v IPv4 Link-local adresa Unikátní na subsíti, automaticky konfigurovatelná Vyšší část – fe80::/10 Nižší část – identifikátor subsítě a rozhraní Směrovače nesmí forwardovat pakety s cílovou nebo zdrojovou link-local adresou

Počítačové sítě15 Typy unicast adres Unique Local Unicast adresa Vyšší část – FC00::/8, FD00::/8 Nižší část – identifikátor subsítě a rozhraní Použití je-li síť izolována a nejsou dostupné globální adresy Obdoba privátních adres IPv4 Bylo zrušeno, protože se nedohodli co je to „site“

Počítačové sítě16 Typy unicast adres Mapované IPv4 adresy - ::ffff:a.b.c.d Použití u počítačů s duálním zásobníkem IPv4 i IPv6 pro komunikace přes IPv4 s použitím IPv6 adresování Kompatibilní IPv4 adresy - ::a.b.c.d Použití v IPv6 hostech pro komunikaci přes automatické tunely

Počítačové sítě17 Adresní bloky Adresní prostor je rozdělen do 8 bloků po 3 bitech Lépe by bylo 16 bloků po 4 bitech Počáteční cifra 0,1 speciální (loopback) 2,3 globální adresy (agregovatelné globální adresy 4,5 není obsazeno 6,7 8,9 a,b c,d e,f link-local, (site-local), multicast

Počítačové sítě18 Globální adresy agregovatelné globální adresy 3ffe:0501:0008:1234:0260:97ff:fe40:efab

Počítačové sítě19 Globální adresy Cíl zavádění: minimalizace rozměrů globálních směrovacích tabulek Lokátor obsahuje 4 pole TLA (16 bitů) - Top Level Aggregator Rezervováno (8 bitů) NLA (24 bitů) - Next Level Aggregator SLA (16 bitů) - Site Level Aggregator

Počítačové sítě20 Globální adresy  TLA, NLA a SLA se dále v RFC nepoužívají – prefix(3), Global routing prefix(45), Subnet identifier(16), Interface ID(64) Přidělování od 2000::/3 Fixní rozdělení 8 slabik síťová část, 8 slabik hostitelská část Síťová část (8 slabik) Délka prefixu pevná /64 Není třeba určovat délku prefixu pro subsítě /48 je přiřazeno umístění (site) 16 bitů = subsítí pro jedno umístění (pro jednu stranu)

Počítačové sítě21 Počáteční přiřazení adres sTLA (subTLA) pomalý start přiřazování IPv6 adres – nejdříve velcí odběratelé, velké kusy TLA „2001“ je rozděleno na 8,192 subTLA (/35) Stejná čísla TLA

Počítačové sítě22 IPv6 adresy - CESNET Praha :718:0::/42 Brno :718:800::/42 Ostrava :718:1000::/42 Hradec Králové :718:1200::/42 Olomouc :718:1400::/42 Ústi nad Labem :718:1600::/42 Plzeň :718:1800::/42 Liberec :718:1C00::/42 České Budějovice :718:1A00::/42

Počítačové sítě23 Přiřazování adres Anycast adresy (výběrové) Více rozhraní má tutéž adresu, nižší bity (typicky 64 a více jsou nulové) Multicast adresy (skupinové) Od ff00::/8 Struktura | flags(4) | scop(4) | group ID (112) Flags: 000T – T=0 – všeobecně známá adresa, T = 1 – dočasná adresa Group ID – identifikátor skupiny (nikoliv identifikátor rozhraní) Scope: (dosah) 1 – interface local 2 – link – local 3 – subnet - local 4 – admin – local 8 – organisation – local E – global

Počítačové sítě24 Přiřazené skupinové adresy Všechna rozhraní uzluff01::/96 Všechna rozhraní linkyff01::/96 Všechny směrovače na uzluff02::/96 Všechny směrovače na linceff02::/96 Všechny servery a agenti podporující DHCPff0c::/96

Počítačové sítě25 Plug and Play, Autokonfigurace adres Očekává se, že počítač bude v síti fungovat okamžitě po instalaci, bez konfigurace Noční můra administrátorů – okamžité zprovoznění velkého počtu počítačů Dolních 8 slabik Auto konfigurovaná z 64 bitové EUI-64 adresy Expandovaná z 48 bitové MAC adresy Automaticky generované pseudonáhodné číslo Přiřazené DHCPv6 Manuálně konfigurovaná

Počítačové sítě26 Plug and Play, Autokonfigurace adres Očekává se, že počítač bude v síti fungovat okamžitě po instalaci, bez konfigurace Noční můra administrátorů – okamžité zprovoznění velkého počtu počítačů Dolních 8 slabik MAC Globální část Lokální část IPv6

Počítačové sítě27 Autokonfigurace - bezestavová Link-local address Horních 8 slabik ze směrovače Globální adresa Není třeba DHCP server (bezestavové přidělení adresy) (Stavové přidělení – DHCPv6) Konverze MAC adresy na interface ID EUI64 adresa (8 slabik) Neguje také 2. bit 1. slabiky (bit administrace universal/local) 00:08:05:01:23:45 --> 0208:05ff:fe01:2345 Generování link-local adresy fe80:: interface ID fe80::208:05ff:fe01:2345

Počítačové sítě28 IEEE EUI-64 adresy EUI – Extended Unique Identifier Obsahuje company ID (24 bitů), Extension ID (40 bitů) U/L bit – Universally/Locally Administered U/G bit – Unicast/Group Address

Počítačové sítě29 Autokonfigurace - stavová Host obdrží adresu rozhraní nebo konfigurační informaci a parametry od serveru Servery udržují databázi, obsahující mapování adres přiřazených hostům Jedno z možných schémat odpovídá DHCPv6 Stavová a bezestavová autokonfigurace může být použita souběžně Administrátor určuje typ nastavením odpovídající položky v Router Advertisement zprávách

Počítačové sítě30 Povinné adresy Povinné adresy uzlu Lokální linková adresa pro každé rozhraní (fe80::208:05ff:fe01:2345) Přidělená individuální adresa (2001:718:1800:11:208:05ff:fe01:2345) Loopback (::1) Všechna rozhraní uzlu (ff01::1) Všechna rozhraní na lince (ff02::1)

Počítačové sítě31 Povinné adresy Povinné adresy směrovače Povinné adresy uzlu Všechny skupinové adresy směrovače, linky, LAN

Počítačové sítě32 Povinné adresy

Počítačové sítě33 Globální autokonfigurace Směrovač posílá periodicky prefixy (/64) Router Advertisement (RA) Generování globální adresy (prefix + interface ID) Podle implicitní cesty k jednomu ze směrovačů Nyní může uzel IPv6 komunikovat v Internetu Plzeň :718:1800::208:05ff:fe01:2345

Počítačové sítě34 Přečíslování adres Předpoklad Všechny IPv6 uzly získaly adresy autokonfigurací Každý IPv6 uzel může obdržet více adres IPv6 S každou adresou jsou spojeny 2 časovače Přepnutí mezi dvěma poskytovateli (ISP) Site je připojen k ISP A (stará adresa) Připojí se k ISP B, je mu nabízen nový prefix (stará i nová adresa) Vyprší časovač spojený se starou adresou, stará adresa se pro další komunikaci nepoužívá Vyprší druhý časovač (pouze nová adresa), odpojení od ISP A

Počítačové sítě35 Systém jmenných domén Počítač může používat stejné jméno pro sítě IPv4 i IPv6 Uživatel to nerozlišuje Zadávání IPv6 adresy může být složité 2001:718:1800::208:05ff:fe01:2345 V URL: :718:1800::208:05ff:fe01:2345]/

Počítačové sítě36 Systém jmenných domén Přidány položky (typy) AAAA pro převod jméno --> adresa PTR pro převod adresa --> jméno

Počítačové sítě37 Přechod IPv4 na IPv6 Technologie pro přechodné stádium Dvojitý zásobník Tunelování Převodník Dvojitý zásobník Podporuje IPv4 i IPv6 IPv4 aplikace jsou dostupné bez modifikací Dvojitý zásobník funkční bez instalace OS Náhrada IPv4 ovladače

Počítačové sítě38 Dvojitý zásobník

Počítačové sítě39 Přechod IPv4 na IPv6 IPv6 v IPv4 tunelu Předpoklad: IPv6 jsou ostrovy v IPv4 Tunel propojuje IPv6 ostrovy Zapouzdření paketů IPv6 do IPv4 Příkladem je 6BONE (50 států) Převodníky V prvopočátku – málo IPv6 uzlů nebo duálních uzlů Později – adresy IPv4 se stávají nedostupné Protože musí existovat IPv4 a IPv6 souběžně, převodníkům se nevyhneme

Počítačové sítě40 Tunelování Základní mechanizmus pro přenos IPv6 paketů přes IPv4 sítě IPv6 pakety jsou zapouzdřeny v IPv4 paketech pro přenos ne IPv6 sítěmi Tyto techniky jsou používány zejména MBONE Multiprotocol over IP IP mobility

Počítačové sítě41 Tunelování Konfigurovaný tunel Tunel vede ke směrovači Cílový host je uzel s IPv6 adresou Používá se pro typy tunelů Směrovač – směrovač Host – směrovač Automatický tunel Tunel vede ke konkrétnímu hostu Cílový host s IPv4 kompatibilní adresou Používá se pro typy tunelů Host – host Směrovač – host Multicast tunelování

Počítačové sítě42 Automatické tunely Používají IPv4 kompatibilní IPv6 adresy 0………0 IPv4 ( ) :: IPv4 kompatibilní adresy jsou přiřazovány uzlům podporujícím automatické tunelování

Počítačové sítě43 Tunelování (směrovač – směrovač) Konfigurovaný tunel Směrovače IPv6/IPv4 propojeny infrastrukturou IPv4 Hostitelské systémy pouze s adresou IPv6

Počítačové sítě44 Tunelování (host - směrovač) Konfigurovaný tunel Může být sestaven jako automatický tunel Host. Systémy Zdroj duální zásobník Cíl IPv6 Hosté tunelují IPv6 pakety přes mezilehlý IPv6/IPv4 směrovač a IPv4 rozhraní

Počítačové sítě45 Tunelování (host – host) Automatický tunel Host. Systémy s duálním zásobníkem IPv4/IPv6 Propojení prostřednictvím IPv4 sítě

Počítačové sítě46 Tunelování (směrovač – host) Automatický tunel Směrovače IPv4/IPv6 Host. Systémy IPv4/IPv6 Směrovač převádí IPv6 adresy hostů aby mohly použít tunelů k dosažení IPv4/IPv6 hostů přes IPv4 sítě

Počítačové sítě47 Převodníky Převodníky na síťové úrovni NAT-PT – Network Address Translation-Protocol Translation SIIT – Stateless IP/ICMP Translator BIS – Bump in the stack (IPv4 – IPv6) MBIS – multicast extensions to BIS Převodníky na transportní úrovni TRT - Transport Relay Translators Převodníky na aplikační úrovni BIA Bump in the API

Počítačové sítě48 Formát rámce IPv6 VersionPriorityFlow Label Payload LengthNext HeaderHop Limit Source Address – 128b. Destination Address – 128b.

Počítačové sítě49 Porovnání IPv4 a IPv6

Počítačové sítě50 Priorita Priority 0 – nespecifikováno 1 – na pozadí 2 – best effort 4 – objemný přenos dat 6 – interaktivní přenos 7 – správa a řízení (směrování, správa sítě 8 – 15 – přenosy v reálném čase

Počítačové sítě51 Flow label Flow label (RFC 3697) Sekvence paketů, pro které zdroj přiřadí návěští toku Klasifikátory toku mohou být založeny na pětici Adresy, porty, protokol Některé z mohou být nedostupné kvůli fragmentaci, šifrování, umístění v dalších hlavičkách rozšíření V IPv6 se toky rozlišují podle flow label a adres

Počítačové sítě52 Formát rámce IPv6 Payload length – délka ve slabikách za standardním záhlavím (data + dodatečná záhlaví) Hop limit – místo TTL (v počtu přeskoků) Next header – následující záhlaví (IPv6, TCP, typy zapouzdření)

Počítačové sítě53 MTU Minimální MTU pro IPv6 je 1280 oktetů (576 pro IPv4) Na linkách s MTU < 1280 musí být použito fragmentování Toto fragmentování lze provádět pouze na zdrojovém uzlu Směšovače nemohou datagramy fragmentovat Chyba délky MTU je hlášena pomocí IPv6 Očekává se, že implementace provedou path MTU discovery pro posílání paketů delších než 1280 Minimální implementace mohou MTU discovery vynechat jakmile zaručí, že všechny pakety budou ≤ 1280 oktetů Volitelný parametr hop-by-hop podporuje přenosy „jumbogramů“ s délkou až 2 32 oktetů

Počítačové sítě54 Zřetězení záhlaví

Počítačové sítě55 Zřetězení záhlaví IPv6

Počítačové sítě56 Next header – následující záhlaví 0 – Hop-by-Hop option header 4 – IPv4 datagram 6 – TCP segment 17 – UDP segment 43 – Routing Header 44 – Fragment Header 45 – protokol IDRP (Interdomain Routing Protocol) 46 – protokol RSVP 50 – Encapsulating Security Payload 51 – IPv6 Authentication Header 58 – ICMPv6 59 – No Next Header 60 – Destination Option Header 89 – OSPF

Počítačové sítě57 Mobilní IPv6

Počítačové sítě58 Mobilní IPv6 Mobilní IP zajišťuje IP uzlu aby si zachoval IP adresu a udržel si nepřerušené síťové i aplikační spojení i když se pohybuje sítí. Znamená to, že dostupnost služeb je nezávislá na aktuální pozici, přesunování nebo infrastruktuře. Výhody mobilního IPv6 Velký adresní prostor IPv6 dovoluje vývoj mobilních aplikací bez omezení Není třeba cizího agenta, pouze domácí agent musí přesměrovávat zprávy, není třeba upravovat infrastrukturu

Počítačové sítě59 Mobilní IPv6 Care of Adress pro mobilní uzel přidělována pomocí autokonfigurace Mobilní IPv6 využívá volitelná záhlaví, vyhledávání sousedství, … Transparentní i vzhledem k uzlům, které mobilitu nepodporují Přidáno rozšíření Mobility header

Počítačové sítě60 Operace MIPv6 Mobilní uzel obdrží IPv6 HomeAddress Mobilní uzel obdrží novou IPv6 adresu (Care of Address) v cizí síti Mobilní uzel informuje domácího agenta o přidělení nové adresy Domácí agent se schovává za mobilní uzel Přijímá přenosy pro mobilní uzel Převádí tok dat z mobilního uzlu Mobilní uzel informuje ostatní hosty Correspondent Node je informován Může posílat data přímo do mobilního uzlu

Počítačové sítě61 Přesun do nové pozice

Počítačové sítě62 Obousměrný tunelovací režim

Počítačové sítě63 Optimalizace cesty

Počítačové sítě64 IPsec